Evaluation von intelligenten

Backbonesystemen im

Automobil

Fabian Kempf

Evaluation von Backbonesystemen

im Automobil – Related Work

Fabian Kempf

HAW Hamburg

21. Juni 2012

• Einführung

• Verwandte

Arbeiten

• Abgrenzung

• Literatur

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Backbonesystemen im

Automobil

Fabian Kempf

Agenda

Einführung

– Time-Triggered Ethernet

– Rückblick AW1

– Fragestellung in AW 2

Verwandte Arbeiten

– Ethernetbasierte Simulation

– Worst-Case Analyse

– Kommunikationsbenchmark

Abgrenzung

Literatur

• Einführung

• Verwandte

Arbeiten

• Abgrenzung

• Literatur

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Backbonesystemen im

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MotivationTTEthernet als neues Kommunikationssystem

• Drei Nachrichtenklassen

– Time-triggered: Höchste Priorität,

Synchronisierung (PCF), offline Konfigurierung

– Rate-constrained: Bandbreitenbasiert,

Event-gesteuert, AFDX

– Best-effort: Standard Ethernet, Restbandbreite

• Einführung

• Verwandte

Arbeiten

• Abgrenzung

• Literatur

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Rückblick AW 1Was behandelt wurde

• Einführung

• Verwandte

Arbeiten

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• Literatur

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Beispielhaftes Design

• Zentrales Gateway

Alternative mit TTEthernet

• Lokale Gateways

Designalternativen

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Ausblick AW 2Problemstellung

• Was gibt es in dem Bereich der Evaluierung

• Was für Netzwerke wurden im Fahrzeug evaluiert

• Wie können mögliche Topologien aussehen

• Welche Möglichkeiten gibt es zur Evaluierung

Simulation

Analyse

• Wie kann ein Standard zur Evaluation aussehen

• Einführung

• Verwandte

Arbeiten

• Abgrenzung

• Literatur

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Verwandte ArbeitenPerformance Evaluation in a Switched Ethernet Based In-Car Network

• 2011, BMW Group, Universität München

• Evaluation eines Ethernetbackbones

• 5 Master ECUs

• OMNeT++ Simulationsumgebung

• Analyse 3 verschiedener Architekturen

Kosten, Performance, Daisy-chain

• Ziele: Performanteste Lösung, Einfluss von Prioritäten

• Einführung

• Verwandte

Arbeiten

• Abgrenzung

• Literatur

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Kosten optimierte ArchitekturPerformance Evaluation in a Switched Ethernet Based In-Car Network

• Einführung

• Verwandte

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• Kostenminimierung durch wenig Knotenpunkte

• Switch 1: Hohe Bandbreite

• Switch 2: Niedrige Bandbreite, Echtzeit Kontrolldaten

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Performance optimierte ArchitekturPerformance Evaluation in a Switched Ethernet Based In-Car Network

• Einführung

• Verwandte

Arbeiten

• Abgrenzung

• Literatur

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• Zusätzlicher Switch verbessert Performance

• Höchste Priorität zwischen Driving Master und Driver

Assistance Master

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Daisy-chain basierte ArchitekturPerformance Evaluation in a Switched Ethernet Based In-Car Network

• Einführung

• Verwandte

Arbeiten

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• Literatur

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• 3 Port-Switche

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Metriken und ErgebnissePerformance Evaluation in a Switched Ethernet Based In-Car Network

• Einführung

• Verwandte

Arbeiten

• Abgrenzung

• Literatur

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• End-to-End delay < 10 ms

1 Hop: 99 % < 100us

2 Hops: 97 % < 100us

Doppel Stern Topologie geringstes Delay(50% Linkauslastung)

• Packet Loss Rate

Keine Packet Loss bei Priorisierung

• Throughput (Link Load zwischen Switches)

10 ms End-to-End Delay garantiert bei 80 % Link Auslastung

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Verwandte ArbeitenNetwork Calculus for the Validation of Automotive

Ethernet in-Vehicle Network Configurations

• 2011, Fraunhofer

• Worst-Case Analyse (Alle senden 1. Nachricht gleichzeitig)

Vorteile:

moderate Berechnungskosten

einfache Worst-Case Delay Bestimmung

Nachteile:

Pessimistische Berechnung

Abstrahiert von der realen Hard- und Software

• Priorisierung nötig für Kommunikation im Automobil

Strikte Priorisierung (Fokus)

Gewichtetes Round Robin

• Einführung

• Verwandte

Arbeiten

• Abgrenzung

• Literatur

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• Einführung

• Verwandte

Arbeiten

• Abgrenzung

• Literatur

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Topologie und DatenNetwork Calculus for the Validation of Automotive

Ethernet in-Vehicle Network Configurations

Infotainment - Driver Assistance

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• Verwandte

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Auswertung der AnalyseNetwork Calculus for the Validation of Automotive

Ethernet in-Vehicle Network Configurations

• Linkauslastung zwischen Switchen: 84 %

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Auswertung des End-to-End DelaysNetwork Calculus for the Validation of Automotive

Ethernet in-Vehicle Network Configurations

• End-to-End Delay Anforderungen erreicht

• RearviewHU ist 80 % unter der Anforderung

• Switchverarbeitungszeit und Bufferanforderungen nicht

beachtet → Zukünftige Arbeiten

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Verwandte ArbeitenDevelopment of an Automotive Communication Benchmark

• 2010, University of Detroit, USA

• Neuer Benchmark für Klasse C

Kommunikationsprotokolle

• Review von SAE und PSA automotive

Benchmarks

• Erweitert mit heutigen Standardkomponenten

• Evaluiert mit einem CAN Netzwerk

• Einführung

• Verwandte

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• Literatur

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PSA - SAEDevelopment of an Automotive Communication Benchmark

• PSA Benchmark (1997 Citroen):

• 12 Nachrichten auf dem CAN-Bus -> High Speed

• 7 Nachrichten auf dem VAN-Bus -> Low Speed

• 18.88 Kbps benötigte Bandbreite

• Fehlende Komplexität aus heutiger Sicht

• SAE benötigt höhere Bandbreite und hat detailliertere Signale

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• Verwandte

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• Literatur

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PSA - SAEDevelopment of an Automotive Communication Benchmark

• SAE Benchmark (1993):

3 Klassen von Kommunikationsprotokollen

A: Low Speed 10 Kbps, Message Rate ~100 ms

B: 10 -125 Kbps , Message Rate ~20ms

C: 125 - 1000Kbps Message Rate < 5 ms

• 6 Module in einem Klasse C Netzwerk

• 53 Signale

• Latencyanforderung 20 msec

• 23.48 Kbps benötigte Bandbreite

• Neuer Benchmark aus SAE und PSA

• Einführung

• Verwandte

Arbeiten

• Abgrenzung

• Literatur

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Benchmark aus heutiger SichtDevelopment of an Automotive Communication Benchmark

• SAE und PAE Signale

• + 8 Nachrichten für ein Aktives Federsystem

• + 5 Nachrichten für die Servolenkung

• + 6 Nachrichten für Antiblockiersystem

• + 3 Nachrichten für eine Antriebsschlupfregelung

• + 6 Nachrichten für das ESP

• + 3 Nachrichten für ein Abstandsregeltempomat

• = 84 Nachrichten

• Validation in CAN Umgebung

• Deadlineberechnung auf 250 , 500 und 1000 Kbps Bussen

• Niedriger priorisierte Nachrichten erfüllen die Anforderung

auf 250Kbps Bus nicht.

• Einführung

• Verwandte

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• Literatur

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Abgrenzung

• Evaluation eines TTEthernetbackbones

Topologie, Nachrichten, Benchmark

Simulation in OMNeT++

Analytische Lösung

• Anforderungen an ein heutiges Netzwerk

• Flaches Netzwerk (Nur TTEthernet)

• Erweiterung mit anderen Bussystemen (CAN,

FlexRay)

• Einführung

• Verwandte

Arbeiten

• Abgrenzung

• Literatur

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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Literaturverzeichnis

[Doh02] Dohmke, Thomas. Bussysteme im Automobil: CAN, FlexRay und MOST, 2001,URL:

http://de.yu-yongxin.com/klausur/bussysteme.pdf

[Chr07] Marscholik, C.; Subke, P.: Datenkommunikation im Automobil: Grundlagen, Bussysteme,

Protokolle und Anwendungen

[Moh10] Mohammad, U., Al-holou, N., & D, P. (2010). Development of An Automotive

Communication Benchmark. Canadian Journal on Electrical and Electronics Engineering,

1(5), 99-115.

[Ste10] Steinbach, T.; Korf, F.; Schmidt, T.C.; , "Comparing time-triggered Ethernet with FlexRay: An

evaluation of competing approaches to real-time for in-vehicle networks," Factory Communication

Systems (WFCS), 2010 8th IEEE International Workshop on , vol., no., pp.199-202, 18-21 May 2010

doi: 10.1109/WFCS.2010.5548606

URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5548606&isnumber=5548598

[Man11] Manderscheid, M.; Langer, F.; , "Network Calculus for the Validation of Automotive Ethernet

In-vehicle Network Configurations," Cyber-Enabled Distributed Computing and Knowledge

Discovery (CyberC), 2011 International Conference on , vol., no., pp.206-211, 10-12 Oct. 2011

[Lim11] Hyung-Taek Lim; Krebs, B.; Volker, L.; Zahrer, P.; , "Performance evaluation of the inter-

domain communication in a switched Ethernet based in-car network," Local Computer Networks

(LCN), 2011 IEEE 36th Conference on , vol., no., pp.101-108, 4-7 Oct. 2011

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